대기과학(Atmospheric Science) 문답 #7. Circulation of Atmosphere
#1. 대기 운동의 분류 기준을 설명하고, 그 기준에 따른 각 하위 분류에 대하여 그 공간 규모와 시간 규모의 범위를 구체적으로 명시하여 서술하시오. 어떤 분류가 경계가 되어 코리올리 힘의 작용이 고려되어야 하는가? 각각의 하위 분류에 대한 예시도 드시오.
대기 운동은 그 시간적 · 공간적 규모에 따라 분류되는데, 보통 미규모, 중규모, 종관 규모, 지구 규모로 분류한다.
미규모 대기 운동의 경우는 시간적 규모는 수 초에서 수 시간 정도이고, 공간적 규모는 1m ~ 1km 정도 된다. 예시로는 난류, 맴돌이, 회오리 바람, 모래 폭풍 등이 있다.
중규모 대기 운동의 경우는 시간적 규모는 수 시간에서 1일 정도이고, 공간적 규모는 1km ~ 100km 정도 된다. 예시로는 해륙풍, 산곡풍 등이 있다.
종관 규모 대기 운동의 경우는 시간적 규모는 수 일에서 일 주일 정도이고, 공간적 규모는 100km ~ 10000km 정도 된다. 예시로는 대륙 규모의 지상 고기압 · 저기압계나 태풍 등이 있다.
지구 규모 대기 운동의 경우는 시간적 규모는 일주일 이상이고, 공간적 규모는 10000km ~ 40000km 정도 된다. 예시로는 대기 대순환 등을 들 수 있다.
일반적으로 대기 운동은 그 시간적 규모가 증가할수록 공간적 규모도 증가한다. 그 역도 성립한다. (Vice Versa)
#2. 맴돌이 대기 운동을 정의하시오. 이 현상이 관여하는 한 가지 생활 속의 예를 드시오.
미규모 대기 운동에 속하는 맴돌이 대기 운동이란 공기가 어떤 지형사물을 넘는 경우, 풍하측에서 발생하는 소용돌이를 말한다. 대체로 이러한 맴돌이 대기 운동은 일상 생활 속에서는 SUV 차량의 후면 유리가 쉽게 더러워지는 것을 그 예시로 들 수 있는데, SUV가 주행하면서 그 풍하측에 형성되는 맴돌이 대기 운동에 의하여 먼지가 SUV 차량의 후면 유리로 운송되기 때문이다.
#3. 난류를 정의하고, 난류와 맴돌이의 발생 과정을 풍속 Shear와 연관지어 설명하시오.
규칙적이지 않고 불규칙한 대기의 운동 내지는 흐름을 난류라고 한다. 난류나 맴돌이는 고도에 따른 풍속의 Shear에 의하여 발생한다. 일반적으로 고도가 높을수록 지표와의 마찰이 감소하여 풍속이 증가하는데, 어떤 장애물 등에 의하여 상 · 하층의 풍속 Shear가 증가하면 파가 발생하고 이것이 말리게 되면서 난류나 맴돌이가 발생한다.
풍속 Shear는 고도 등에 따른 바람의 풍향이나 풍속의 변화를 말한다.
#4. 먼지 폭풍을 정의하시오.
사막 등에서 바람이나 국지적 가열에 의한 상승 기류로 인하여 모래나 먼지 입자들이 함께 날아가는 현상을 먼지 폭풍이라고 한다. 일반적으로 중국 사막 등에서의 이러한 먼지 폭풍은 한반도의 황사 원인이 된다.
#5. 회오리 바람(먼지 회오리)를 정의하고, 이것의 발생 과정을 설명하시오.
바람이 회전 공기 기둥을 형성하며 상승하는 현상을 회오리 바람이라 한다. 회오리 바람에는 먼지나 모래 등이 실려 올라가기도 한다. 회오리 바람은 주로 바람이 장애물에 의하여 말린 것이 상승 기류를 타고 위로 들어올려지거나, 혹은 난류나 맴돌이에 의한 회전성 흐름이 상승 기류에 의하여 서는 과정에서 형성된다. 이러한 과정에 의하여 회오리 바람이 일반적으로 형성되기 때문에, 회오리 바람은 고기압성 회전, 즉 북반구에서 시계 방향의 회전을 보일 수도 있다.
#6. 중규모 대기 운동은 열적 요인에 의한 풍계와 계절적으로 변동하는 풍계로 세분할 수 있다. 각각을 정의하고 예를 드시오.
가열 차이로 인한 기압차로 인하여 발생하는 중규모 대기 운동을 열적 요인에 의한 풍계, 계절에 따른 기압차로 발생하는 중규모 대기 운동을 계절적으로 변동하는 풍계라 한다. 열적 요인에 의한 풍계로는 해륙풍과 산곡풍을, 계절적으로 변동하는 풍계로는 몬순을 예시로 들 수 있다.
#7. 열적 요인에 의한 풍계 중, 남북 가열차에 의한 순환, 해륙풍을 설명하시오. 해륙풍의 경우에는 해풍전선과 플로리다 반도의 여름 기상도 설명하시오.
일반적으로 북반구의 경우, 단순히 다른 변수들은 무시하고 오직 위도에 따른 태양복사선속으로 인한 가열차만 고려한다면, 남쪽이 보다 따뜻하고 북쪽이 보다 차가운 형태의 가열차가 발달한다. 남쪽은 상대적으로 더 가열되어 대기 기둥이 팽창하여 지표에서의 기압은 상대적 저기압, 상층에서의 기압은 남쪽이 상대적 고기압을 보이므로, 지표에서는 N -> S 방향의 바람이 형성되고 상층에서는 S -> N 방향의 바람이 형성된다. 그리고 이것이 남북 가열차에 의한 풍계이다.
해륙풍은 육지와 해양의 비열 차이에 의하여 발생하는 열적 요인에 의한 풍계로, 일반적으로 육지의 비열이 해양보다 낮기 때문에, 육지는 해양보다 가열이 빠르고 냉각 또한 빠르다. 그래서 일반적으로 주간의 경우는 더 빨리 가열된 육지의 대기 기둥이 팽창하고 해양의 대기 기둥은 상대적으로 덜 팽창하여, 지표 상에서는 육지가 상대적 저기압, 해양이 상대적 고기압이 되어 해양에서 육지로의 해풍이 분다. 야간에는 반대가 되어, 즉 더 빨리 냉각된 육지의 대기 기둥의 더욱 수축하고 해양의 대기 기둥은 상대적으로 덜 수축하여, 지표 상에서는 육지가 상대적 고기압, 해양이 상대적 저기압이 되어 육지에서 해양으로의 육풍이 분다.
주간에 해풍이 부는 경우에는 습하고 상대적으로 차가운 해양의 기단이 상대적으로 건조하고 온난한 육지의 기단과 전선을 이루게 되는데, 이를 해풍 전선이라 하고 대체로 해풍 전선에서는 상승 기류가 발달하여 강수 현상 등이 동반된다. 플로리다 반도의 경우는 양쪽에 해양을 두고 있어, 여름철 오후 중에는 양쪽에서 해풍으로 인한 기단의 유입과 중앙에서의 충돌, 상승 기류의 형성으로 띠 지은 형태의 강한 연직운을 형성하여 많은 강수를 내리는 여름 기상의 특성이 있다.
#8. 몬순을 정의하고, 그 원리를 논하시오. 여름철과 겨울철 각각에서 몬순의 발달 형태와 원리를 논하고, 인도 내륙에서 몬순에 따라 강수량, 대기 오염 등이 어떻게 변동하는지 설명하시오.
계절에 따른 주기적 바람의 변화를 몬순(계절풍)이라 한다. 일반적으로 몬순은 큰 규모의 해륙풍으로 이해할 수도 있다. 즉, 대양과 대륙의 비열차를 생각하면 되는데, 여름의 경우는 주로 대륙이 대양보다 더 많이 가열되어 상대적으로 대륙 지표 쪽에 저기압이, 해양 수표 쪽에 고기압이 배치되므로 해양에서 대륙 쪽으로 몬순이 형성되며, 겨울에는 그 반대로 대륙이 대양보다 더 많이 냉각되어 상대적으로 대륙 지표 쪽에 고기압이, 해양 수표 쪽에 저기압이 배치되므로 대륙에서 해양 쪽으로 몬순이 발생한다. 일반적으로 인도의 경우에는, 여름철에는 해양에서 대륙 쪽으로 몬순이 발달하므로 고온다습한 공기의 유입으로 강수가 발달하고 대기 오염이 완화되는 반면, 겨울철에는 대륙 쪽에서 해양으로 몬순이 발달함에 따라, 히말라야 산맥이나 고원 등에서 푄 현상이나 활강 바람이 발달하여, 이에 따른 단열 압축으로 상대적으로 고온 건조하게 되며 강수가 잘 발달하지 못하여 대기 오염이 심화된다.
#9. 산곡풍을 정의하고, 그 발생 원리를 논하시오. 산풍을 중력풍과 배출풍이라고도 말할 수 있는 이유를 논하시오.
산 정상부(비탈부)와 골짜기의 가열 및 냉각의 빠르기 (비열 차)에 의하여 주/야간에 따라 그 풍향이 주기적으로 변동하는 바람을 산곡풍이라 한다. 일반적으로 산 정상부의 경우가 복사 가열과 냉각이 더 빠르기 때문에, 주간 중에는 산 정상부가 더욱 빨리 가열되어 상대적 저기압 배치를 보이고, 따라서 골짜기에서 산 정상부로 향하는 곡풍이 지배적으로 분다. 그러나 야간 중에는 산 정상부가 더욱 빨리 냉각됨에 따라 상대적 고기압 배치를 보이고, 따라서 산 정상부에서 골짜기로 내려가는 산풍이 지배적으로 분다. 그런데 산풍의 경우는 야간에 복사 냉각으로 밀도가 증가한 정상부의 공기가 중력에 이끌려 아래로 내려가는 흐름으로도 이해할 수 있으며, 이러한 관점에서 산풍을 중력풍이나 배출풍이라 칭하기도 한다.
#10. 활강 바람을 정의하시오. 활강 바람의 발생 원리를 논하시오. 활강 바람이 협곡이나 좁은 지역에 집중하면 그 풍속은 어떻게 되는가? 한 가지 이상의 활강 바람의 예시를 드시오.
고원 지대 등 상대적으로 높은 지역에서 냉각에 의하여 밀도가 증가한 공기가 중력에 이끌려 사면을 따라 빠르게 하강하여 발달하는 바람을 활강 바람이라 한다. 대체로 냉각에 의하여 발생한 중력풍 또는 배출풍에 해당하는 만큼, 활강 바람은 상당히 빠르며 또한 추운 편이다. 대체로 활강 바람의 경우는 산풍보다는 빠른 속력을 가진다. 활강 바람이 협곡이나 좁은 지역에 집중하면 당연히 그 풍속은 더욱 증가한다. 남극 대륙에서의 활강 바람(돌풍)이나 러시아 등에서의 Bora 등이 활강 바람의 대표적인 예시이다.
남극의 경우는 남극 대륙의 고원 지대가 아주 추우므로, 크게 냉각된 공기가 더욱이 고밀도라 더욱 빠르게 활강하며 그 온도도 상당히 낮다.
#11. 푄 바람을 정의하고, 그 원리를 논하시오.
푄 현상에 의하여 산맥을 넘어 그 풍하측으로 부는 건조하고 온난한 바람을 푄 바람이라 한다. 푄 바람은 푄 현상에 의하여 풍상측에서 대체로 그 수증기를 응결시켜 강수 형태로 내보내고 이후 풍하측에서 건조단열감률을 따라 승온됨에 따라 고온건조해진 공기의 이동으로 이해할 수 있다.
#12. 푄 바람의 발생 기작에는 열역학적 푄 기작과 저지 푄 기작이 있다. 각각을 설명하고, 주요한 차이점에 대하여 논하시오.
열역학적 푄 기작은 일반적으로 알려진 푄 현상의 기작에 의하여 풍하측으로 건조하고 따뜻한 바람이 불어가는 과정으로 이해할 수 있다. 그러나 저지 푄 기작의 경우는 상대적으로 안정한 기층에서의 바람이 그 세기가 산을 넘을 정도로 충분하지는 못할 때, 산맥에 의하여 가로막힘으로써, 하층에 위치한 상대적으로 찬 공기는 산맥을 거의 넘어가지 못하고 상층의 온난한 공기만 상층으로 넘어가고, 추가적으로 산사면을 따라 하강하면서 단열 압축 · 승온되어 온난 건조한 푄 바람이 발생하는 기작이다. 두 기작 모두 결과적으로 고온 건조한 푄 바람을 형성한다는 점은 같으나, 보통 열역학적 푄 기작이 일어나는 경우 풍상측에 구름 등이 형성되는 편이지만, 저지 푄 기작에서는 그러하지 않는다.
#13. 푄 바람의 예시로서, 오호츠크 해 기단으로 인한 동풍 시의 우리나라의 영서와 영동 지방의 기온을 비교하고, 또한 양간지풍에 대하여 설명하시오. 높새바람과 치누크 바람, 산타아나 바람에 대해서도 설명하시오.
오호츠크 해 기단으로 인한 동풍이 부는 경우, 푄 현상에 의해 영동 지방은 구름이 발달하거나 강수가 발달하며, 영서 지방은 푄 바람이 불어 상대적으로 고온건조해진다. 따라서 이 경우 우리나라의 영서 지방의 기온이 영동 지방의 기온보다 높다.
양간지풍은 양양과 간성 사이에 부는 강한 봄철의 바람으로, 보통 그 원인은 봄철의 탁월풍인 서풍에 의한 (주로 봄철에는 중국 대륙 쪽에 저기압, 한반도 남쪽 부근 해상에 이동성 고기압이 위치해오면서, 그 중간에 위치한 부분에서는 강한 서풍이 발달한다, 헷갈린다면 톱니바퀴 맞물리는 교수님의 비유를 생각해보라!) 푄 바람으로 설명해볼 수 있다. 게다가 양양과 간성이 위치한 영동 지방에서의 산사면의 급한 경사로 인하여 그 풍속이 더욱 강력해지는 경향도 있으며, 푄 바람의 특성상 고온 건조하기 때문에 산불 위험을 높인다.
높새바람은 우리나라에서 동풍이 발달하는 경우 영동 지방에서 영서 지방으로 태백 산맥을 넘어서 불어오는 고온건조한 푄 바람을 일컫는 말이다. 주로 높새바람은 영서지방에서의 이상고온이나 농작물의 건조 피해를 유발한다. 치누크 바람의 경우는 미국 서부의 로키 산맥에 의한 푄 바람으로 이해할 수 있는데, 주로 미국 서부에서 서풍이 부는 경우 푄 바람이 로키 산맥의 너비는 좁지만 길이는 광범위한(멕시코 북부에서 캐나다까지) 영역에 영향을 미쳐 고온 건조하게 만든다. 한편 이러한 과정에서 로키 산맥 정상부에 연속적으로 구름벽이 형성되기도 하는데, 이를 치누크 (벽)구름이라고도 부른다.
산타아나 바람은 미 캘리포니아 주로 불어오는 고온 건조한 북동풍인데, 그 기작은 푄 바람은 아니다. 미 서부의 사막 고원 지대에서 그 하부로 부는 활강 바람이 산티아나 바람인데, 대체로 그 유래지의 특성상 고온 건조할 뿐이다. 이 특성 덕분에 캘리포니아는 높은 산불 위험에 노출된다.
#14. 대기 대순환을 정의하고, 그 원인을 논하시오.
전 지구적인 규모에서 평균적인 대기의 흐름을 대기 대순환이라고 정의할 수 있다. 대기 대순환의 가장 큰 원인은 지구의 위도에 따른 태양복사선속의 차이로 인해 발생하는 에너지 불균형이며, 지구의 대기 대순환은 이러한 에너지 불균형의 해소책 중 하나로 이해할 수 있다.
#15. 단세포 대기 대순환 모형의 주요 3가정과 그 형태를 논하시오.
단세포 대기 대순환 모형에서는 다음 3가지 가정을 사용한다.
- 지구 자전 효과 무시 (따라서 전향력의 작용은 무시됨)
- 지구 적도에서 태양 고도가 가장 높다고 가정 (즉, 적도 표면에 태양 광선이 수직으로 입사한다고 가정)
- Aqua-Planet 가정 (대륙과 해양의 분포를 무시하고, 모든 지구의 표면은 균일하게 물로 덮여 있는 수구(水球)를 가정)
단세포 대기 대순환 모형에 의하면, 적도에서는 그 태양 복사로 인하여 에너지 과잉 상태가 되고 고위도에서는 태양 복사의 부족으로 인하여 에너지 부족 상태가 된다. 적도에서는 따라서 태양복사의 가열로 인하여 온도가 높아, 대기 기둥의 팽창이 일어날 것이며 상승 기류가 발달하고, 고위도에서는 태양복사의 부족으로 온도가 낮아, 대기 기둥의 상대적 수축이 일어날 것이며 하강 기류가 발달하여, 지표 상에서는 저위도에서 저기압, 고위도에서는 고기압의 분포가 나타나게 되므로 고위도에서 저기압으로 지표의 흐름이 형성되고 (북풍), 상공에서는 이와 반대 기압 패턴을 가지게 되므로 저위도에서 고위도로 불어가는 (남풍) 하나의 순환 Cell을 적도를 경계로 남반구와 북반구에 각각 하나씩 이루게 된다. 이러한 Cell을 해들리 Cell이라고 부른다.
그러나 단세포 대기 대순환 모형에서는 지구 자전 효과를 무시하였으며, 지구 적도에서 태양 고도가 가장 높다고 가정하였고, 또한 Aqua-planet을 가정하여 실제 대륙과 해양의 분포는 무시하였으므로 실제적인 대기 대순환을 설명하기에는 부적절하다.
#16. 삼세포 대기 대순환 모형의 3가정과 그 형태를 논하시오. 세 가지 Cell과 그 직접 · 간접 순환의 여부, 적도수렴대(ITCZ)와 아열대고압대, 한대 전선을 설명하시오. 삼세포 대기 대순환 모형의 한계에 대하여서도 논하시오.
삼세포 대기 대순환 모형에서는 단세포 대기 대순환 모형의 가정 중에서 전향력을 고려하는 것으로 수정한 모형이라고 볼 수 있다. 즉, 삼세포 대기 대순환 모형에서는 다음의 가정을 사용한다.
- 지구의 자전 효과를 고려 (전향력 고려)
- 태양 복사는 적도 표면에 수직으로 입사를 가정
- Aqua-planet 가정 (실제 수륙 분포를 무시하고, 지구는 수구(水球)로 가정)
삼세포 대기 대순환 모형에서는 각 반구에 3개의 순환 Cell이 나타난다. 각각이 위도 0도에서 30도 사이에 발달하는 해들리 Cell, 30도에서 60도 사이에 발달하는 페렐 Cell, 그리고 60도에서 극 사이에 발달하는 극 Cell이다.
일반적으로 태양 복사가 적도 표면에서 수직으로 입사를 이 모형에서 가정하고 있으므로, 적도에서는 상승 기류가 발달하여 그 지표에서는 저기압 배치가 나타나고, 상층의 공기는 적도에서 양 극 방향으로 갈라진다. 이 때 전향력에 의하여 상층의 공기는 약 위도 30도 부근에서 하강하는데, 이것이 북회귀선과 남회귀선이며 이 부근에서의 상층 공기의 하강으로 위도 30도 선에 아열대 고기압이 발달한다. 실제로 이러한 아열대 고기압이 발달한다고 모형에서 제시되는 위도 30도 선에는 사막 분포가 높다는 점은 이 모형이 어느 정도는 실제 지구의 대기 대순환을 잘 설명해준다는 점을 시사한다고 볼 수도 있다. 이렇게 완성된 하나의 순환 Cell을 해들리 Cell이라 부른다.
아열대 고압대의 경우는 주로 바람이 잘 불지 않거나 약하게 발달하여, 아열대 무풍대라고도 불린다. 대항해 시대에서는 이 부근에서 범선이 바람이 불지 않아 멈추었기 때문에, 무게를 줄이기 위하여 주로 말(Horse)을 버렸다고 하고, 이러한 시대적 배경으로 말미암아 이 부근을 말-위도라 부르기도 한다.
한편으로는 극에서는 에너지 부족으로 인하여 공기 기둥이 수축하고, 따라서 지표에서 상대적 고기압 배치가 나타나게 되며, 그 지표의 공기는 약 60도 선까지 하강하다가 상승하여 다시 상층으로 가서 극에서 하강하는 하나의 극 Cell을 이루게 된다.
이렇게 열적 순환에 해당하는 극 Cell과 해들리 Cell, 즉 직접 순환에 해당하는 이들 Cell과는 달리, 페렐 Cell의 경우는 직접 열적 요인으로 순환이 일어나지는 않고 극 Cell과 해들리 Cell의 운동에 의하여 간접적으로 그 순환이 나타난다. 이 점에서 페렐 Cell을 간접 순환이라고 하는데, 아열대 고기압에서 위도 60도 부근의 한대 전선으로 지표 바람이 불며 한대 전선에서 공기는 상승하여 다시 상층에서 아열대 고기압으로 향하는 하나의 순환 Cell을 구성한다.
일반적으로 위도 0도와 30도선 사이에는 적도에서는 적도 저기압이, 그리고 위도 30도 대에서는 아열대 고기압이 나타나며, 전향력의 영향에 의하여 북반구에서는 북동 무역풍이, 남반구에서는 남동 무역풍이 분다. 이들은 적도에서 수렴하여 적도 수렴대 (ITCZ)를 형성한다. 위도 30도선과 위도 60도선 사이의 지표에서는 위도 30도선의 아열대 고기압에서 위도 60도 선의 한대 전선 (한대 저압대) 방면으로 기압 경도력이 작용하므로, 전향력의 영향을 고려하면 모두 편서풍이 분다. 위도 60도와 극 사이에서는 극 고기압에서 위도 60도 선의 한대 저압대 방면으로 기압 경도력이 작용하므로, 전향력의 영향을 고려하면 모두 극(편)동풍이 분다.
일반적으로 적도 수렴대(ITCZ)는 계절에 따라 그 태양복사가 수직으로 입사하는 지역이 달라짐에 따라 남북으로 위도 10도 정도 이동하며 진동한다. 일반적으로 적도 수렴대에서는 상승 기류의 발달로 스콜 등의 강수가 내리므로, 이러한 ITCZ의 진동이 아프리카 등의 건기 및 우기 등의 발달에 영향을 줌이 알려져 있다.
위도 60도대에서는 페렐 Cell에 의하여 남에서 편서풍을 타고 북상한 온난한 공기와 극 Cell에 의하여 북에서 극(편)동풍을 타고 남하한 한랭한 공기가 만나게 되어 전선을 형성하게 되는데, 이를 한대 전선이라 한다.
삼세포 대기 대순환 모형은 단세포 대기 대순환 모형에 비하여 실 대기 대순환을 보다 잘 설명하고, 특히 위도 30도 부근에서의 사막 분포를 잘 설명하지만, 그럼에도 불구하고 가정에서 특히 Aqua-planet을 도입함으로써 수륙 분포에 의한 대기 순환의 변화를 고려하지 않은 한계가 있다.
#17. 실제 1월과 7월의 남 · 북반구의 기압계 배치를 비교하여, 삼세포 대기 대순환 모형의 한계를 논하시오.
실제 1월과 7월의 남 · 북반구의 기압계 배치를 비교하면, 대륙이 더 많은, 따라서 대륙의 가열 · 냉각의 영향을 더 많이 받는 북반구의 기압 배치가 1월과 7월에 따라 그 변동이 심하다. 남반구의 경우는 상대적으로 대륙이 더 적어, 1월과 7월에 따른 기압계의 변동이 덜하다. 이러한 수륙 분포에 따른 기압 분포 등을 삼세포 대기 대순환은 가정 자체를 잘못 세웠으므로 설명하지 못한다.
#18. 미 서부 캘리포니아와 동부 애리조나의 연 강수량의 차이를 논하여, 삼세포 대기 대순환 모형의 한계를 논하시오.
미 서부 캘리포니아의 경우에는 태평양 이동성 고기압이 주로 영향을 미쳐 산타아나 바람 등에 의하여 고온건조하고 고기압 지배적인 날씨를 보여, 상대적으로 적은 강수량을 보이지만 동부 애리조나의 경우는 버뮤다-아고레스 이동성 고기압에 의한 바람의 영향으로 남쪽으로부터 습윤한 해양의 공기가 유입되어 더 많은 강수량을 보인다. 이러한 이동성 고기압이나 해양과 대륙의 상호작용을 삼세포 대기 대순환 모형에서는 고려하고 있지 못하다.
#19. 제트류를 설명하시오. 제트류에는 한대 제트류와 아열대 제트류가 있는데, 각각의 발생 원리도 논하시오. 한대 제트류의 경우 계절에 따른 변화도 논하시오.
대류권 계면 근방, 한대 전선 상공과 아열대 고압부의 상공에서 각각 발달하는 강하고 좁은 서풍류를 제트류라고 정의한다. 한대 전선 상의 대류권 계면 부근에서 발달하는 제트류를 한대 전선 제트류 또는 한대 제트류라 하고, 아열대 고압부의 대류권 계면 부근에서 발달하는 제트류를 아열대 제트류라 한다.
한대 전선 제트류는 한대 전선을 기준으로 한 남-북 공기의 상층의 강한 기압차 때문에 형성된다고 생각할 수 있다. 한대 전선의 남쪽에 위치한 공기는 상대적으로 온난한 공기라 상층 기압은 높지만, 북쪽의 공기는 한랭한 공기라 상층 기압이 낮고, 한대 전선을 따라 상공서 강한 기압 경도를 형성한다. 이에 따라서 강한 서풍류가 발달하게 된다.
아열대 제트류는 다만 남북의 온도차에 따라 형성되기에는 부족하고, 보통은 지구 자전축에 대한 궤도 각운동량 보존으로 그 발생 원리를 설명한다. 고위도로 갈수록 궤도 각운동량이 보존되기 위해서는 회전류는 북상할 때마다 가속될 수밖에 없다는 식으로 설명한다.
#20. 제트류의 남북 사행과 그 역할에 대하여 논하시오.
제트류는 일반적으로 균일하고 위도에 평행하게 흐르지는 않고, 남북으로 사행한다. 이러한 제트류의 남북 사행은 심해지는 경우 온난 기단이나 한랭 기단이 떨어져나오는 경우 등이 발생하는 등, 남북간의 열 교환에 중대한 역할을 한다.
#21. 대기 순환(바람)과 표층 해류의 관계에 대하여 논하시오.
일반적으로 표층 해류의 방향과 지표 상의 대기 순환, 즉 바람의 방향은 일치한다. 바람에 의하여 에크만 수송이 발생하여 수압 경도력이 발생하여 지형류가 발생하면, 그 지형류의 방향은 궁극적으로 바람의 방향과 일치하기 때문이다. 그러나 일반적으로 대기가 그 운동으로 해양에 미칠 수 있는 응력은 크지는 않으므로, 풍속이 일반적인 해류의 속도보다는 훨씬 빠르다.
#22. 바람에 의한 연안 용승에 대하여 논하시오. 캘리포니아 연안에서 여름 탁월풍의 용승을 설명해보시오.
바람에 의한 에크만 수송으로 연안의 해수가 외해로 유출되면, 보충을 위하여 연안 심해의 해수가 연직 상승하는데 이것을 연안 용승이라 한다. 연안 용승이 일어나는 경우 차가운 연안 심해의 해수가 상승하여 해수 표층에 위치하게 되므로, 해수표층온이 감소하는 효과가 있다. 캘리포니아 연안의 경우는 여름에 태평양 고기압에 의하여 북풍의 탁월풍이 발달하는 경우, 에크만 수송에 의하여 서쪽으로, 즉 외해로 연안의 해수가 유출되게 되므로 하부로부터 보류 성격으로 심층수가 용승하게 된다.
#23. 남방진동과 ENSO를 정의하시오.
동태평양과 서태평양의 기압이 시소처럼 진동하는 현상을 남방진동이라 한다. Walker 경이 동태평양과 서태평양의 다윈 섬과 타히티 섬의 기압 진동을 발견함으로써 처음 발견되었다. 그런데 이후 이 남방진동 현상이 엘니뇨와 라니냐에 연관이 긴밀함이 밝혀지면서 이후 남방진동(Southen Oscillation)과 엘니뇨(El Nino)를 묶어 ENSO라고 명칭하게 되었다.
#24. 엘니뇨와 라니냐를 각각 설명하고, 그 때 서태평양과 동태평양의 난수층 두께, 해수면고, 날씨, 수온약층깊이, 기압 배치에 관하여 논하시오.
정상 상태의 경우, 일반적으로 동태평양의 기압이 서태평양의 기압보다 높다. 따라서 동에서 서 방향의 무역풍에 의하여, 동태평양 연안에서는 용승이 나타나며 난수는 서태평양 쪽으로 밀려가 난수층의 두께와 해수면고, 수온약층의 깊이가 서태평양이 동태평양보다 크게 발달하며, 따라서 온난하기 때문에 상대적으로 저기압성 날씨를 보여 강수 등이 발달하고 동태평양은 반대가 되어 상대적으로 고기압성 날씨를 보인다.
동태평양의 수온이 평시보다 비정상적으로 상승되거나 그것이 유지되는 현상을 엘니뇨라 한다. 그런데 동태평양의 기압과 서태평양의 기압이 역행하는 경우, 즉 극단적인 경우로는 서태평양의 기압이 동태평양의 기압보다 높아지거나, 혹은 두 기압차가 감소하는 경우에는 무역풍의 방향이 서풍이 되거나 아니면 무역풍이 약화되어, 동태평양에서의 연안 용승이 약화되며 북적도해류와 남적도해류의 세기가 약화되어, 표층 해수온이 동쪽까지 넓게 나타난다. 즉, 서태평양에서 난수층의 두께, 해수면고가 모두 감소하며, 동시에 수온약층의 깊이도 얕아지고 동태평양에서 정상 상태에 비하여 이들이 높게 나타나 해수온이 높게 관측되는 모습을 보인다. 이 경우 서태평양에서는 보다 고기압성의 날씨가 나타나 가뭄이나 산불 등의 피해를 보고, 동태평양에서는 보다 저기압성의 날씨가 나타나 많은 강우와 강설로 인한 피해가 발생한다. 이런 경우를 엘니뇨라 한다.
동태평양의 수온이 평시보다 더욱 하강하거나 그것이 유지되는 현상을 라니냐라 한다. 반대로 동 · 서태평양의 기압차가 증가하는 경우, 즉 동태평양의 기압은 더욱 증가하고 서태평양의 기압은 더욱 감소하는 경우, 무역풍의 세기는 더욱 증가할 것이고 동안에서 서안으로의 표층 난수의 수송과 동태평양 연안에서의 용승은 더욱 강화되어, 서태평양에서의 난수층 두께, 해수면고, 수온약층의 깊이는 모두 증가하며, 이로써 더욱 서태평양에서는 온난이 더욱 심화되어 저기압성 날씨가 더욱 강화되어 폭우의 피해가 나고, 동태평양에서는 고기압성 날씨가 더욱 강화되어 건조, 한파의 피해가 난다. 이런 경우를 라니냐라 한다.
#25. ENSO 원격상관을 정의하시오.
ENSO는 태평양에서 일어나는 어떤 변동임에도 불구하고, ENSO는 세계 각각의 기상계 일부에 영향을 미치는 것이 알려져 있다. 이러한 ENSO가 태평양 이외의 다른 지역의 날씨 변동에도 영향을 주는 현상을 ENSO 원격상관이라 한다.
태평양에서 일어나는 ENSO가 전 지구적으로 영향을 발휘하는 것을 ENSO 원격상관이라 한다.
#26. 북대서양 진동 (NAO)에 대하여 설명하시오.
북대서양의 아이슬란드 저기압의 강화와 약화가 주기적으로 일어나는 것을 북대서양 진동이라고 한다. 북대서양 진동이 양의 편차를 가지는 경우는 아이슬란드 저기압이 강화되는 경우로, 남북의 기압차가 커진다. 이 경우는 멕시코 만류가 더욱 강하게 발달하기도 하며 동시에 한대 전선대 등에서 형성된 구름이나 폭풍이 북유럽으로 유입되어 북유럽에 악기상 영향을 미친다.
반대로 북대서양 진동이 음의 편차를 가지는 경우는 아이슬란드 저기압이 약화되는 경우로, 남북의 기압차가 감소하다. 이 경우는 멕시코 만류가 약하게 발달하기도 하며, 동시에 한대 전선대 등에서 형성된 구름이나 폭풍이 남서유럽으로 유입되어 서유럽에 악기상 영향을 미친다.
#27. 북극 진동 (AO)에 대하여 설명하시오.
별도의 주기 없이 극지방과 중위도대의 상공 기압이 진동하는 현상을 북극 진동이라 한다. 북극 진동이 양의 위상을 가지는 경우는 극지방과 중위도대의 상공 기압차 (극지방과 중위도대의 남북 온도차)가 커진 상태로, 이 경우는 한대 전선 제트류가 강하게 발달하여 남북 사행이 약화된다. 반면 북극 진동이 음의 위상을 가지는 경우는 극지방과 중위도대의 상공 기압차 (극지방과 중위도대의 남북 온도차)가 작아진 상태로, 이 경우는 한대 전선 제트류가 약하게 발달하여 남북 사행이 강화된다. 이 경우는 한대 전선 제트류의 사행으로 인하여 우리나라에 차가운 한대 전선 제트류의 남하부가 도달하는 경우 갑작스러운 한파를 유발할 수 있다.
#28. 태평양 10년 주기 진동(PDO)에 대하여 설명하시오.
약 10년을 주기로 북서태평양과 남동태평양의 수온이 진동하는 현상을 태평양 10년 주기 진동이라고 한다.
